Влияние структуры на трещиностойкость металлокерамических покрытий при детонационном напылении.

Abstract

RU: Цель. Актуальной задачей является повышение надежности и долговечности изделий, эксплуатационные характеристики которых определяются свойствами их рабочих поверхностей. Один из наиболее перспективных способов повышения эксплуатационных свойств и долговечности изделий – нанесение на их поверхности функциональных покрытий с применением различных технологий напыления. Обработка поверхностей различных металлов методом многокамерного детонационного напыления покрытий позволяет получать поверхностные слои с высокими механическими свойствами. Целью настоящей работы было исследование структурно-фазовых особенностей и оценка их влияния на трещиностойкость металлокерамических покрытий, полученных методом многокамерного детонационного напыления. Методика. Исследования выполнялись на покрытиях полученных с использованием циркониевой керамики ZrSiO4 и порошков оксида алюминия Al2O3 (Аmperit 740.0) с добавками чистых Al и Ti. Структурно-фазовые изменения в материале покрытий изучали методами оптической металлографии (микроскопы Versamet-2, Neophot-32), аналитической растровой электронной микроскопии (сканирующий микроскоп SEM-515 фирмы PHILIPS, Нидерланды) и просвечивающей микродифракционной электронной микроскопии (JEM-200CX с ускоряющим напряжением 200кВ). Результаты. На основе экспериментальных данных, полученных на различных структурных уровнях, выполнены аналитические оценки влияния конкретных структурных параметров (фазового состава, зеренной, субзеренной и дислокационной структур) на механические свойства и трещиностойкость исследуемых покрытий. Научная новизна. Определены структурные факторы, влияющие на характер и распределение локальных внутренних напряжений, которые являются потенциальными источниками зарождения трещин в структурных микрообластях. Практическая значимость. Полученные результаты показали перспективность применения многокамерного детонационного напыления, при котором обеспечивается необходимый комплекс механических свойств покрытий путем формирования наиболее благоприятной структуры.

UK: Мета. Актуальним завданням являється підвищення надійності та довговічності виробів, експлуатаційні характеристики яких визначаються властивостями їх робочих поверхонь. Один з найбільш перспективних способів підвищення експлуатаційних властивостей та довговічності виробів – нанесення на їх поверхні функціональних покриттів з використанням різних технологій напилення. Обробка поверхонь різних металів методом багатокамерного детонаційного напилення покриттів дозволяє отримувати поверхневі шари з високими механічними властивостями. Метою даної роботи було дослідження структурно-фазових особливостей та оцінювання їх впливу на тріщиностійкість металокерамічних покриттів, що були отримані методом багатокамерного детонаційного напилення. Методика. Дослідження виконувались на покриттях, що були отримані з використанням цирконієвої кераміки ZrSiO4 та порошків оксиду алюмінію Al2O3 (Аmperit 740.0) з добавками чистых Al та Ti. Структурно-фазові зміни у матеріалі покриттів вивчали методами оптичної металографії (мікроскопи Versamet-2, Neophot-32), аналітичної растрової електронної мікроскопії (скануючий мікроскоп SEM-515 фірми PHILIPS, Нідерланди) та просвічуючої електронної мікроскопії (JEM-200CX з прискорюючою напругою 200кВ). Результати. На основі експериментальних даних, отриманих на різних структурних рівнях, виконані аналітичні оцінки впливу конкретних структурних параметрів (фазового складу, зеренної, субзеренної структур та дислокаційної щільності) на механічні властивості та тріщиностійкість досліджуваних покриттів. Наукова новизна. Визначено структурні фактори, що впливають на характер та розподілення локальних внутрішніх напружень, які являються потенційними джерелами зародження тріщин в структурних мікрообластях. Практичне значення. Отримані результати показали перспективність застосування багатокамерного детонаційного напилення, при якому забезпечується необхідний комплекс механічних властивостей покриттів шляхом формування найбільш сприятливої структури.

EN: Purpose. The topical problem is to increase the reliability and durability of products whose operational characteristics are determined by the properties of their working surfaces. One of the most promising ways to improve the operational properties and durability of products is the cladding of functional coatings on their surface using a variety of spraying technologies. Treatment of different metal surface by the use of multi-chamber detonation sprayer allows obtaining composite surface layers with high mechanical properties. The purpose of this work was to study the structural and phase features and to evaluate their effect on the crack resistance of cermet coatings obtained by the multi-chamber detonation spray method. Techniques. The investigations were carried out on coatings obtained with the use of zirconium ceramics ZrSiO4 and alumina powders Al2O3 (Amperit 740.0) with additives of pure Al and Ti. Structural-phase and concentration changes in chemical elements in the sprayed and substrate materials were studied by methods of optical microscopy (Versamet-2, Neophot-32), scanning electron microscopy (Philips SEM-515) and transmission electron microscopy (JEOL JEM-200CX). Results. Based on obtained experimental data on different structural levels, analytical estimates were made that show the effect of the concrete structural parameters (phase composition, grain and subgrain structure) on the mechanical properties and the crack resistance of the sprayed coatings. Scientific novelty. Structural factors influencing the character and distribution of local internal stresses, which are potential sources of crack initiation, are determined. Practical significance. The obtained results showed the prospects of using multi-chamber detonation sprayer, which ensures the necessary complex of mechanical properties of coatings by forming the most favorable structure.